Лекція 3 1.Роль твердих горючих копалин у вирішенні енергетичних проблем. 2.Загальна характеристика твердих горючих копалин 3.Методи одержання синтетичних палив із вугілля 4.Сучасні технології переробки вугілля

1. Співвідношення світових запасів і споживання вугілля, нафти та газу

2.1. Загальна характеристика твердих горючих копалин Тверді горючі копалини (каустобіоліти) є природними продуктами, в утворенні яких приймали участь різні рослинні організми – від одноклітинних рослин до високоорганізованих дерев.

Процес утворення вугілля в природі, який називають вуглефікацією або карбонізацією, розділяється на біохімічну (діагенезис) і геологічну (метаморфізм) стадії.

В залежності від складу рослинного матеріалу вугілля поділяють на гумусове (із наземної рослинності), сапропелітові (із водоростей) та змішані – гумусо- сапропелітові та сапропеліто-гумосові).

2.2. Три стадії, або три віка вугілля Торфяна стадія характеризується присутністю в основній аморфній масі хімічно незмінених або змінених незначною мірою елементів рослин (листя, коріння, кора тощо). Буровугільна стадія характеризується кислотними властивостями всієї або частини аморфної маси, втратою пластичності і повною відсутністю нерозклавшихся елементів рослин Камяновугільна стадія. Вугілля має чорний колір, буває матовим або блискучим, в ньому повністю відсутні речовини, що розчиняються в водному розчині лугу.

2.3. Хімічний склад викопних палив КаустобіолітиСклад, % (мас)Співвідношен ня С/Н CHO+N+S Антрацит Камяне вугілля Буре вугілля Сапропелітове вугілля ,5 Сланці778159,6 Нафта851326,5 Природний газ752503

2.4. Фрагмент структури вугілля У твердому викопному паливі присутній баласт – волога та мінеральні домішки. Вода може бути поділена на хімічно повязану та адсорбовану. Мінеральні компоненти вугілля (зольні речовини) представлені силікатами, карбонатами, сульфідами, сульфатами, галогенідами і фосфатами.

2.5. Підготовка твердих горючих копалин до переробки Ппроцес підготовки вугілля включає три стадії: Підготовку до збагачення – подрібнення вугілля і поділення його на фракції (класи). Безпосередньо збагачення, що реалізується різними методами Завершальні операції – зневоднення і сушка концентрату, шламування і освітлення стічних вод. Для збагачення вугілля застосовуються головним чином гравітаційні методи і флотацію

2.6. Збагачення вугілля Гравітаційні методи (осадження) грунтуються на різній густині вугілля ( кг/м3) і породи ( кг/м3) Застосовують розчинники з меньшою густиною (вода, ρ=1000 кг/м3) або з середньою густиною (ССl 4, ρ=1604 кг/м3) Флотація. В основі методу лежить різна здатність вугілля і породи змочуватись водою Сушку продуктів збагачення вугілля проводять в декілька стадій: 1. Зниження залишкової вологості вугілля на ситах або грохотах 2. Подальше зневоднення дрібного вугілля, шламу і флотоконцентрату в центрифугах або вакуум-фільтрах 3. Сушка горячим газом-теплоносієм

3.1. Основні процеси хімічної переробки вугілля

3.1. Альтернативні палива з вугілля

3.2. Тверді альтернативні палива з вугілля

3.3. Рідкі альтернативні палива з вугілля

3.4. Газоподібні альтернативні палива з вугілля

4.1. Термічна переробка твердих горючих копалин (піроліз)

4.2. Напівкоксування На режим напівкоксування і вихід продуктів впливають різні фактори: температура, розмір шматків палива, тиск, склад вихідної сировини і т.п.

Вихід продуктів піролізу в першу чергу визначається якістю вихідного вугілля, насамперед співвідношенням у його складі водню і вуглецю Для сухого беззольного вугілля вихід смоли (V,) по методу Фішера (у реторті Фішера) з достатнім ступенем точності можна розрахувати по наступній формулі: V С = 29,1Н/С 12,1. Як правило, чим більше в паливі кисню, тим більше воно дає первинної смоли Вплив якості вугілля на процес напівкоксування

Вплив температури на процес напівкоксування Температура о С Вміст,% СО 2 СОСмНnСмНn CH 4 C2H6C2H6 H2H2 N2N Більше Середній склад первинного газу напівкоксування в залежності від темперагури С – виділяється адсорбована вода й утворюються кисневмісні гази С – починається виділення смоли і звязаної води С – бурхливе виділення первинної смоли До С – відганяється більша частина летких складових палива. Вміст летких речовин у напівкоксі коливається у межах від 9 до 20%.

Вплив швидкості нагрівання на процес напівкоксування При повільному нагріванні забезпечується більш високий вихід рідких продуктів і краща їх якість порівняно зі швидким нагріванням

Вплив розміру гранул палива на вихід продуктів напівкоксування Розмір кусків палива, мм Вихід, %Вміст летких сполук в напівкоксі, % Первинна смола Напівкокс ,341,48, ,145,510,3

Вплив тиску на вихід продуктів напівкоксування Продукти напівкоксування, % Тиск, атм Напівкокс67,368,871,072,0 Первинна смола13,07,95,13,8 Газ + втрати7,711,611,512,6

4.3. Коксування Коксування – метод термічної переробки переважнокамяного вугілля, що полягає в його нагріванні без доступу повітря до 1000 – 11000С, в результаті чого паливо розкладається з утворенням летких продуктів і твердого залишку – коксу.

4.4. Переваги і недоліки поцесів піролізу Переваги : низький тиск, відсутність додаткових джерел водню і хімічних реагентів, порівняльна простота устаткування і малі капіталовкладення.

Недоліки : порівняно низький вихід рідких продуктів. в смолах піролізу містяться близько 35% (мас.) фенолів і значні кількості асфальтенів і смолистих речовин, тобто потрібно спеціальне їх очищення і глибока гідрогенізаційна переробка для одержання товарних палив.

Деякі напрямки розвитку процесу піролізу Гідропіроліз Високошвидкісний піроліз

Гідропіроліз Гідропіроліз являє собою коксування вугілля в середовищі водню. Кількість летких речовин, що виділяються, у присутності водню істотно вище, ніж у середовищі інертного газу. Переваги : У процесі гідропіролізу при температурах вище С и тиску близько 14 МПа може бути перетворене в рідкі продукти понад 70% вугілля. Недоліки Використання водню під високим тиском істотно підвищує витрати на процес у порівнянні зі звичайним піролізом.

Високошвидкісний піроліз При надшвидкому нагріванні зі швидкостями град/с відбуваються первинні реакції, що мають високі енергії активації, які не протікають при повільному нагріванні вугілля. Переваги: виходи смоли на рівні 25 26% (мас.) на вихідну сировину, що в 3,5 4 рази перевищує вихід по методу Фішера. Вихід бензинової фракції зі смоли 28% (мас.) проти 2% (мас.) по методу Фішера. Недоліки для здійснення високошвидкісного піролізу потрібно добре подрібнене вугілля і використання реакторів з ожиженним шаром, а також спеціальна система швидкого охолодження продуктів піролізу, це ускладнює устаткування і здорожує процес.

4.5. Газифікація. Газифікація твердого палива - це термічний процес, у ході якого органічна частина палива в присутності окислювачів перетворюється в суміш пальних газів.

Основні хімічні реакції, що відбуваються в процесі газифікації

Модифікації промислових процесів газифікації вугілля Лургі (стаціонарний шар кускового вугілля), Винклера (киплячий шар вугільних часток), Копперс-Тотцека (пиловугільний потік), і їхні різні модифікації.

Газогенератор для проведення процесу в стаціонарному шарі палива. 1 – завантажувальна коробка; 2 – конусна затулка; 3 – шахта; 4 – колосникова решітка; 5 – чаша. I – зона газифікації; II – зона сухої перегонки; III – зона сушки палива.

Газогенератор для проведення процесу в киплячому шарі палива. 1 – бункер палива; 2 - газогенератор «КШ»; 3 – котел – утилізатор; 4 – циклон; 5 – збірник пилу; 6 – конденсатор – холодильник; 7 – краплеуловлювач. Киплячий шар подрібненого палива в подібній установці створюється за рахунок подачі в газогенератор водяної пари. Продуктивність установки досягає 105 м 3 генераторного газу за годину.

Рідкі альтернативні палива з синтез-газу

Переробка синтез-газу в метанол чи рідкі вуглеводневі суміші.

4.6. Зрідження (гідрогенізація) Гідрогенізація – це процес приєднання до вугілля додаткової кількості водню, що досягається використанням молекулярного водню (гідрогенізація Н 2 ) або органічних сполук, здатних виступати в якості донорів водню (термічне розчинення).

4.7. Принципова схема вуглепереробного енергетичного комплексу на базі напівкоксування вугілля

4.8. Принципова схема вуглепереробного енергетичного комплексу на базі гідрогенізації вугілля